碳負(fù)離子反應(yīng)深入探索有機(jī)化學(xué)中的關(guān)鍵反應(yīng)類型課程概述碳負(fù)離子定義碳原子帶負(fù)電荷的活性中間體重要性形成碳-碳鍵的關(guān)鍵反應(yīng)類型學(xué)習(xí)目標(biāo)碳負(fù)離子的形成α-碳上氫的酸性羰基提高鄰位氫的酸性堿的作用強(qiáng)堿奪取質(zhì)子生成碳負(fù)離子常見前體碳負(fù)離子的結(jié)構(gòu)特征雜化軌道sp2或sp3雜化空間排布影響反應(yīng)性電子分布負(fù)電荷分布在碳原子上電子云密度影響親核性共振穩(wěn)定性負(fù)電荷可通過共振分散碳負(fù)離子的穩(wěn)定性取代基效應(yīng)吸電子基團(tuán)增強(qiáng)穩(wěn)定性共軛效應(yīng)共軛系統(tǒng)分散負(fù)電荷溶劑效應(yīng)碳負(fù)離子的反應(yīng)活性親核性攻擊電正性中心堿性奪取質(zhì)子能力還原性碳負(fù)離子的常見來源醛、酮的α-碳酸性氫易被強(qiáng)堿奪取羧酸衍生物的α-碳酯、酰胺等α位氫具有酸性硝基化合物碳負(fù)離子的常見來源（續(xù)）活潑亞甲基化合物丙二酸酯乙酰乙酸酯β-二酮金屬有機(jī)試劑格氏試劑有機(jī)鋰試劑烷基銅試劑碳負(fù)離子反應(yīng)的類型概述親核加成反應(yīng)碳負(fù)離子攻擊C=O或C=C親核取代反應(yīng)置換鹵素等離去基團(tuán)縮合反應(yīng)形成新碳-碳鍵醛縮合反應(yīng)反應(yīng)機(jī)理碳負(fù)離子攻擊另一分子醛影響因素濃度、溫度、催化劑應(yīng)用實(shí)例合成α,β-不飽和醛醛醇縮合反應(yīng)條件弱堿條件下進(jìn)行機(jī)理步驟碳負(fù)離子加成后脫水產(chǎn)物特征α,β-不飽和羰基結(jié)構(gòu)交叉醛縮合反應(yīng)選擇性不同醛之間的競爭反應(yīng)控制因素反應(yīng)物比例與活性差異合成應(yīng)用天然產(chǎn)物與香料合成酮縮合反應(yīng)與醛縮合的異同反應(yīng)活性較低需要更強(qiáng)堿性條件反應(yīng)條件的選擇溫度控制溶劑選擇典型例子查爾酮合成環(huán)戊酮衍生物制備Claisen縮合1反應(yīng)定義酯分子間形成β-酮酯的反應(yīng)2機(jī)理詳解碳負(fù)離子攻擊酯羰基3底物范圍各類酯類化合物Claisen縮合（續(xù)）影響因素溶劑、溫度、堿的選擇立體化學(xué)新形成鍵的空間構(gòu)型合成應(yīng)用β-二酮類化合物的制備交叉Claisen縮合反應(yīng)選擇性控制一種酯過量活性差異利用反應(yīng)順序控制常見副反應(yīng)自身縮合多重縮合酯交換合成策略復(fù)雜分子構(gòu)建天然產(chǎn)物合成藥物合成Dieckmann環(huán)化反應(yīng)特點(diǎn)分子內(nèi)Claisen縮合1環(huán)化條件高稀釋度有利環(huán)化2應(yīng)用范圍五、六元環(huán)β-酮酯合成3酯縮合反應(yīng)反應(yīng)類型分子間與分子內(nèi)縮合機(jī)理解析碳負(fù)離子攻擊羰基碳應(yīng)用實(shí)例β-酮酯、環(huán)狀化合物合成Michael加成反應(yīng)定義碳負(fù)離子對α,β-不飽和化合物的加成形成1,5-二羰基化合物Michael受體α,β-不飽和酮α,β-不飽和酯α,β-不飽和腈Michael供體β-二酮類化合物β-酮酯類活潑亞甲基化合物Michael加成（續(xù)）反應(yīng)機(jī)理共軛加成形成碳-碳鍵立體化學(xué)控制手性催化劑誘導(dǎo)不對稱加成合成應(yīng)用藥物分子骨架構(gòu)建Robinson環(huán)化1反應(yīng)步驟Michael加成+醛醇縮合2機(jī)理分析連續(xù)兩步反應(yīng)形成環(huán)狀結(jié)構(gòu)3天然產(chǎn)物合成應(yīng)用類固醇、萜類骨架構(gòu)建Mannich反應(yīng)反應(yīng)組分胺、甲醛、活潑氫化合物機(jī)理解釋亞胺正離子接受碳負(fù)離子產(chǎn)物用途β-氨基羰基化合物合成Mannich反應(yīng)（續(xù)）反應(yīng)條件優(yōu)化酸催化溫度控制溶劑選擇立體選擇性控制手性胺使用手性催化劑底物控制藥物合成應(yīng)用抗生素生物堿抗癌藥物Knoevenagel縮合反應(yīng)特點(diǎn)活潑亞甲基與醛酮的縮合常用催化劑有機(jī)胺堿或弱堿應(yīng)用范圍α,β-不飽和化合物合成Perkin反應(yīng)反應(yīng)定義芳香醛與酸酐的縮合反應(yīng)機(jī)理分析酸酐形成碳負(fù)離子攻擊醛基香料合成應(yīng)用肉桂酸衍生物制備Reformatsky反應(yīng)反應(yīng)組分α-鹵代酯、鋅、羰基化合物機(jī)理步驟鋅促進(jìn)形成碳負(fù)離子與Grignard反應(yīng)比較溫和條件下進(jìn)行烯胺化學(xué)烯胺的形成胺與羰基化合物縮合烯胺的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)電子豐富的雙鍵系統(tǒng)3有機(jī)合成應(yīng)用α位選擇性官能團(tuán)化烯胺的alkylation反應(yīng)1反應(yīng)條件非極性溶劑中進(jìn)行2機(jī)理分析電子富集雙鍵進(jìn)攻烷基鹵3區(qū)域選擇性α位碳原子的選擇性烷基化烯胺的acylation反應(yīng)反應(yīng)類型酰氯?；狒；ヮ愼；瘷C(jī)理解釋親電加成質(zhì)子轉(zhuǎn)移水解重排合成應(yīng)用1,3-二羰基合成β-酮類化合物復(fù)雜分子構(gòu)建碳負(fù)離子的親核取代反應(yīng)SN2反應(yīng)背面進(jìn)攻離去基團(tuán)α-鹵代羰基化合物活性較高的親電試劑應(yīng)用實(shí)例碳鏈延長與分支構(gòu)建碳負(fù)離子的親核加成反應(yīng)對醛酮的加成形成醇類化合物1對α,β-不飽和化合物的加成1,2-加成與1,4-加成競爭2立體化學(xué)控制手性催化或手性輔助基團(tuán)3碳負(fù)離子的還原反應(yīng)Wolff-Kishner還原肼與堿條件通過碳負(fù)離子中間體完全脫氧反應(yīng)Clemmensen還原鋅汞齊與酸單電子轉(zhuǎn)移機(jī)理適用于酸敏感底物機(jī)理比較堿性與酸性條件不同反應(yīng)中間體底物適應(yīng)性差異碳負(fù)離子在有機(jī)合成中的應(yīng)用復(fù)雜分子的構(gòu)建多步合成的關(guān)鍵環(huán)節(jié)官能團(tuán)轉(zhuǎn)化選擇性官能團(tuán)引入碳-碳鍵形成分子骨架構(gòu)建的基礎(chǔ)碳負(fù)離子反應(yīng)在天然產(chǎn)物合成中的應(yīng)用類固醇合成環(huán)系構(gòu)建與立體控制生物堿合成氮雜環(huán)與復(fù)雜環(huán)系萜類化合物合成碳骨架構(gòu)建與修飾碳負(fù)離子反應(yīng)在藥物合成中的應(yīng)用抗生素合成β-內(nèi)酰胺環(huán)構(gòu)建抗癌藥物合成關(guān)鍵藥效基團(tuán)引入中樞神經(jīng)系統(tǒng)藥物雜環(huán)與碳環(huán)骨架構(gòu)建碳負(fù)離子反應(yīng)在材料科學(xué)中的應(yīng)用聚合物合成單體設(shè)計(jì)與制備聚合反應(yīng)控制功能材料制備光電材料分子設(shè)計(jì)特殊功能基團(tuán)引入納米材料構(gòu)建碳材料修飾納米結(jié)構(gòu)精確控制碳負(fù)離子反應(yīng)的綠色化學(xué)應(yīng)用水相反應(yīng)水溶性催化劑相轉(zhuǎn)移催化降低有機(jī)溶劑使用無溶劑反應(yīng)研磨反應(yīng)熔融狀態(tài)反應(yīng)減少廢棄物產(chǎn)生可循環(huán)催化劑固定化催化劑磁性納米催化劑多次重復(fù)使用碳負(fù)離子反應(yīng)的不對稱合成手性輔助基誘導(dǎo)立體選擇性反應(yīng)手性催化劑少量催化劑控制立體化學(xué)不對稱Michael加成構(gòu)建手性中心的重要方法3碳負(fù)離子反應(yīng)的計(jì)算機(jī)模擬分子軌道理論應(yīng)用計(jì)算反應(yīng)物電子結(jié)構(gòu)與活性反應(yīng)路徑預(yù)測尋找最佳反應(yīng)路徑與過渡態(tài)虛擬篩選預(yù)測最佳反應(yīng)條件和催化劑碳負(fù)離子反應(yīng)的新進(jìn)展1光催化可見光誘導(dǎo)碳負(fù)離子形成2電化學(xué)方法電極表面碳負(fù)離子生成3生物催化酶催化碳負(fù)離子反應(yīng)碳負(fù)離子反應(yīng)在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用60%藥物中間體合成商業(yè)藥物關(guān)鍵步驟25%香料生產(chǎn)天然與人工香料制備15%農(nóng)藥制造結(jié)構(gòu)優(yōu)化與大規(guī)模生產(chǎn)碳負(fù)離子反應(yīng)的安全性考慮常見危險(xiǎn)因素強(qiáng)堿、可燃溶劑、放熱反應(yīng)安全操作規(guī)程防護(hù)裝備、通風(fēng)設(shè)施、溫度控制廢棄物處理中和、分離、專業(yè)處理碳負(fù)離子反應(yīng)的分析方法NMR分析結(jié)構(gòu)確認(rèn)與反應(yīng)監(jiān)測質(zhì)譜分析分子量與碎片模式色譜分析產(chǎn)物純度與轉(zhuǎn)化率碳負(fù)離子反應(yīng)的動(dòng)力學(xué)研究反應(yīng)速率測定實(shí)時(shí)監(jiān)測濃度變化確定反應(yīng)級數(shù)活化能計(jì)算不同溫度下反應(yīng)速率阿倫尼烏斯方程反應(yīng)機(jī)理驗(yàn)證同位素標(biāo)記實(shí)驗(yàn)中間體捕獲碳負(fù)離子反應(yīng)的溶劑效應(yīng)極性溶劑影響穩(wěn)定帶電中間體1非極性溶劑影響緊密離子對形成2離子液體中的反應(yīng)特殊溶劑環(huán)境效應(yīng)3碳負(fù)離子反應(yīng)的溫度效應(yīng)低溫反應(yīng)提高選擇性、降低副反應(yīng)高溫反應(yīng)加速反應(yīng)、克服能壘溫度對選擇性影響動(dòng)力學(xué)與熱力學(xué)產(chǎn)物控制碳負(fù)離子反應(yīng)的壓力效應(yīng)高壓反應(yīng)影響分子間距離與碰撞頻率壓力對反應(yīng)速率影響活化體積與反應(yīng)速率關(guān)系壓力對選擇性影響不同反應(yīng)路徑的體積變化碳負(fù)離子反應(yīng)的微波輔助微波加熱原理分子內(nèi)部加熱非傳統(tǒng)熱傳遞方式極性分子高效加熱反應(yīng)效率提高反應(yīng)時(shí)間縮短產(chǎn)率提高副產(chǎn)物減少應(yīng)用案例Aldol反應(yīng)加速M(fèi)ichael加成環(huán)化反應(yīng)碳負(fù)離子反應(yīng)的超聲波輔助超聲波在有機(jī)合成中的作用空化效應(yīng)局部高溫高壓機(jī)械攪拌效果反應(yīng)加速效應(yīng)增強(qiáng)物質(zhì)傳遞活化反應(yīng)物表面促進(jìn)電子轉(zhuǎn)移實(shí)際應(yīng)用非均相反應(yīng)金屬介導(dǎo)反應(yīng)難溶物質(zhì)反應(yīng)碳負(fù)離子反應(yīng)的流動(dòng)化學(xué)應(yīng)用1連續(xù)流反應(yīng)器提高混合效率與熱傳遞2反應(yīng)參數(shù)優(yōu)化流速、停留時(shí)間、壓力控制3工業(yè)化應(yīng)用放大生產(chǎn)、提高安全性碳負(fù)離子反應(yīng)的多組分反應(yīng)定義和特點(diǎn)三種或更多組分一鍋反應(yīng)常見類型Ugi反應(yīng)、Mannich反應(yīng)變體3合成應(yīng)用高效構(gòu)建復(fù)雜分子骨架碳負(fù)離子反應(yīng)的串聯(lián)反應(yīng)反應(yīng)設(shè)計(jì)策略中間體直接參與下一步反應(yīng)機(jī)理分析多步驟連續(xù)發(fā)生無需分離復(fù)雜分子快速構(gòu)建高效構(gòu)建多環(huán)化合物碳負(fù)離子反應(yīng)的固相合成固相載體選擇樹脂類型與連接基團(tuán)反應(yīng)條件優(yōu)化溶劑選擇與反應(yīng)時(shí)間組合化學(xué)應(yīng)用多樣性導(dǎo)向合成庫構(gòu)建碳負(fù)離子反應(yīng)的酶催化生物催化優(yōu)勢溫和條件下高選擇性常用酶類醛縮酶、羥酮酶、轉(zhuǎn)酰胺酶應(yīng)用實(shí)例手性醇與手性胺合成碳負(fù)離子反應(yīng)的金屬催化過渡金屬催化鈀催化銅催化鎳催化路易斯酸催化鋁基催化劑硼基催化劑鋅基催化劑催化劑優(yōu)化配體設(shè)計(jì)活性提高選擇性調(diào)控碳負(fù)離子反應(yīng)的相轉(zhuǎn)移催化原理和機(jī)制催化劑在相界面?zhèn)鬟f反應(yīng)物常用相轉(zhuǎn)移催化劑季銨鹽和冠醚類化合物2應(yīng)用范圍堿促進(jìn)的碳負(fù)離子反應(yīng)碳負(fù)離子反應(yīng)在復(fù)雜分子合成中的策略逆合成分析從目標(biāo)分子確定關(guān)鍵碳-碳鍵保護(hù)基策略避免關(guān)鍵官能團(tuán)參與副反應(yīng)立體選擇性控制